WO2014038530A1

WO2014038530A1 - 電動車両用強電ユニットの搭載構造

Info

Publication number: WO2014038530A1
Application number: PCT/JP2013/073625
Authority: WO
Inventors: 一紀横澤; 川村　智樹; 敦明横山; 清水　宏文; 出穂平野
Original assignee: 日産自動車株式会社
Priority date: 2012-09-10
Filing date: 2013-09-03
Publication date: 2014-03-13

Abstract

　本発明の電動車両用強電ユニットの搭載構造は、第１の強電ユニットと、第１の強電ユニットと車両上下方向または車幅方向に並べて配置される第２の強電ユニットと、を備える。さらに、第１の強電ユニットの車両前後方向における最前方の面と、第２の強電ユニットの車両前後方向における最前方の面とが、同一の車両前後方向位置にある。

Description

電動車両用強電ユニットの搭載構造

　本発明は、電動車両に搭載される強電ユニットの搭載構造に関する。

　電動モータのみを駆動源とする電動車両や、電動モータと内燃機関を駆動源として併せ持つハイブリッド車両は、強電ユニットとして電動モータと、電動モータを駆動制御するインバータを備える。ＪＰ２００９－２０１２１８Ａには、インバータを収容し車両前後方向を長手方向とするインバータケースを、車両前後方向における前方側が後方側より低位置となるように傾斜させて、電動モータを収容するモータケースの上部に搭載する構造が開示されている。

　上記文献に開示された搭載構造では、インバータケースが傾斜し、その前方端部がモータケースの前方端面よりも前方側へ突出しているため、インバータ及び電動モータからなる強電ユニットの最前方の面は、インバータケースの一部分の狭い面となる。したがって、車両が前方から衝突した場合、インバータやモータよりも車両前方に配置されたラジエータ等の部品が後退してくると、最初にインバータケースの最前方の狭い面に衝突する。このとき、インバータケースの最前方の狭い面に衝撃荷重が集中することとなるので、インバータケースが破損するおそれがある。

　そこで、本発明では、衝突時に強電ユニットにかかる衝撃荷重を分散して、衝撃を緩和し得る搭載構造を提供することを目的とする。

　本発明のある態様によれば、第１の強電ユニットと、第１の強電ユニットと車両上下方向または車幅方向に並べて配置される第２の強電ユニットと、を備える電動車両用強電ユニットの搭載構造が提供される。そして、第１の強電ユニットの車両前後方向における最前方の面と、第２の強電ユニットの車両前後方向における最前方の面とが、同一の車両前後方向位置にある。

図１は、本発明の一つの実施形態に係る電動車両用強電ユニットの搭載構造を示す図である。図２は、図１の強電ユニット部分を車両側方から見た図である。図３Ａは、インバータとモータの締結構造を車両前方から見た図である。図３Ｂ、は同じく車両側方から見た図である。図４は、インバータとモータを車両幅方向に並べた場合を示す図である。図５Ａは、インバータとモータの配置の第１の例を示す図である。図５Ｂは、インバータとモータの配置の第２の例を示す図である。図５Ｃは、インバータとモータの配置の第３の例を示す図である。図５Ｄは、インバータとモータの配置の第４の例を示す図である。図５Ｅは、インバータとモータの配置の第５の例を示す図である。図５Ｆは、インバータとモータの配置の第６の例を示す図である。図５Ｇの（１）は、インバータとモータの配置の第７の例の側面図である。図５Ｇの（２）は、インバータとモータの配置の第７の例の正面図である。図５Ｈは、インバータとモータの配置の第８の例を示す図である。図６Ａは、インバータとモータの密着の形態の第１の例を示す図である。図６Ｂは、インバータとモータの密着の形態の第２の例を示す図である。図６Ｃは、インバータとモータの密着の形態の第３の例を示す図である。

　以下、添付図面を参照しながら本発明の実施形態について説明する。

　図１は、本発明の一つの実施形態に係る電動車両用強電ユニットの搭載構造を示す図であり、車体の前部に形成したモータルームの内部を車両側方から見た図である。なお、図１において、左方が車両前方である。また、図中の破線は、後述する冷却水の流れを示している。

　図２は、図１の強電ユニット部分を車両前方側から見た図である。

　モータルーム内には、第１の強電ユニットとしてのインバータ１と、第２の強電ユニットとしてのモータ２と、第３の強電ユニットとしてのパワーディストリビューションモジュール（以下、ＰＤＭという）、及び被衝突部としてのラジエータコア４が配置されている。

　また、モータルームは、ダッシュパネル６により車室と隔離されている。ダッシュパネル６は、貫通穴であるリチウムバッテリハーネストンネル８を備える。

　インバータ１にはモータ２を電気的に駆動するための半導体素子、及び半導体素子を冷却する為の水冷式の冷却器が搭載されている。

　また、インバータ１の後方側部分は、モータ２の後方側の形状に沿うようにＬ字型に折れ曲がっている。なお、インバータ１の後端面は平面であり、この後端面には遮音カバー７が取り付けられている。

　ＰＤＭ３には、ＤＣ／ＤＣコンバータ及び充電器が搭載されている。ＤＣ／ＤＣコンバータは、図示しない走行用バッテリ（例えば３５０Ｖ）からの直流電圧を補助バッテリ（例えば１４Ｖ）への直流電圧に降圧する降圧回路として機能する。充電器は、家庭用の外部交流電源から供給される交流電流を直流電流に変換して走行用バッテリに充電する変換回路として機能する。

　ラジエータコア４は、インバータ１、モータ２及びＰＤＭ３よりも車両前方側に配置されている。冷却水は、モータ２からコンプレッサ９を介してラジエータコア４に流入する。ラジエータコア４を通過した冷却水は、ＰＤＭ３に流入し、そこからインバータ１、モータ２を経て再びラジエータコア４に戻る。このように冷却水が循環することで、インバータ１、モータ２、及びＰＤＭ３が冷却される。なお、モータ２からコンプレッサ９への冷却水配管及びラジエータコア４からＰＤＭ３への冷却水配管は、いずれもモータ２、ＰＤＭ３の車幅方向の面又は車両上下方向の面に接続されている。ＰＤＭ３とインバータ１の間、及びインバータ１とモータ２との間は、それぞれのユニットのケース内で冷却水配管が接続されている。また、インバータ１の車幅方向の面には水冷用配管バルジ５が設けられており、冷却水はここで分岐して他の機器にも供給される。

　モータ２はインバータ１の車両上下方向下側に並べて配置されており、インバータ１の車両前後方向における最前方の面１Ａと、モータ２の車両前後方向における最前方の面２Ａは、同一の車両前後方向位置にある。そして、インバータ１と比べて質量が重いモータ２の最前方の面２Ａの面積は、インバータ１の最前方の面１Ａの面積よりも大きい。

　インバータ１とモータ２の対向する面、つまりインバータ１の下面１Ｂとモータ２の上面２Ｂのうち、モータ２の上面２Ｂの全面がインバータ１の下面１Ｂに密着している。

　また、インバータ１の上面１Ｃはラジエータコア４の上面４Ｃよりも車両上下方向で高い位置にある。

　ここで、インバータ１とモータ２の締結について説明する。

　図３Ａは、インバータ１とモータ２を車両前方から見た図、図３Ｂは同じく車両側方から見た図である。インバータ１とモータ２は、ボルト２１を用いて締結されており、締結の為のフランジ２０は、インバータ１、モータ２の車両側方側、つまり車幅方向に突出して設けられている。なお、インバータ１とＰＤＭ３の締結も同様である。

　また、ＰＤＭ３の車両前後方向における最前方の面３Ａも、インバータ１の最前方の面１Ａ、モータ２の最前方の面２Ａと同一の車両前後方向位置にある。

　次に、上記のようなインバータ１、モータ２及びＰＤＭ３の搭載構造にすることの作用、効果について説明する。

　車両が前方から衝突して、ラジエータコア４が後退し、車体のクラッシャブルゾーンにおいて衝撃力を減衰しながら、インバータ１、モータ２及びＰＤＭ３からなる機電一体構造に衝突する場合を考える。

　このとき、インバータ１の最前方の面１Ａとモータ２の最前方の面２Ａが車両全方向において同一の位置にあるので、衝突時の衝撃荷重をこれら２つの面１Ａ、２Ａを合わせたより広い面で受けることになり、衝撃荷重は分散される。このように衝撃を緩和することができるので、強電ユニットとしてのインバータ１またはモータ２に衝撃荷重が集中して破損することを防止できる。また、衝撃荷重の集中による強電ユニットの破損を防止できることにより、高電圧安全保証が可能となる。

　ボルト締結用のフランジ２０、冷却水配管の取り付け部、水冷用配管バルジ５等を車両側方側の面に設けることで、インバータ１、モータ２及びＰＤＭ３の車両前方側の面は平坦な面になっているので、ラジエータコア４が衝突する際に面全体で衝撃荷重を受けることができる。特に、本実施形態ではモータ２の上面２Ｂの全面をインバータ１の下面１Ｂに密着させているので、インバータ１の最前面１Ａとモータ２の最前面２Ａが一つの広い面となり、衝撃をより緩和させることができる。

　また、前方から衝突した場合には、前方の被衝突物には慣性質量に応じた反作用の力が作用する。そして、インバータ１とモータ２を比べると、慣性質量の大きいモータ２の方がインバータ１よりも衝撃荷重が大きくなる。その点、本実施形態では、相対的に慣性質量の大きいモータ２の最前方の面２Ａの面積が、相対的に慣性質量の小さいインバータ１の最前方の面１Ａの面積より広いので、衝撃による応力の最大値を低減することができる。

　インバータ１の後方側部分がモータ２方向にＬ字型に折れ曲がっているので、インバータ１の前後方向長さを短縮することができる。インバータ１の前後方向を短縮すれば、インバータ１の後端とダッシュパネル６との間の衝撃吸収空間を広くとることができる。すなわち、車両が前方から衝突したとき、インバータ１が後退してダッシュパネル６に到達するまでの間に、衝突の衝撃力をより減衰させることができる。

　さらに、Ｌ字型に折り曲げることで、インバータ１後端の平面の面積をより広くすることができる。このように平面の面積を広くすることで、衝突時の衝撃荷重の集中を防ぎ、衝撃力を低減することができる。

　また、Ｌ字型に曲がった部分がモータ２の後端面２Ｃに沿っているので、インバータ１とモータ２を高密度なレイアウトにすることできる。特に、図１のようにモータ２の後端部分が凹状に形成されている場合には、この凹状部分に沿うようにインバータ１の後方側部分を形成することで、より高密度なレイアウトが可能になる。

　インバータ１の上面１Ｃがラジエータコア４の上面４Ｃよりも車両上下方向で高い位置にあるので、インバータ１とモータ２を上述したような搭載構造にすることで、前方から衝突した場合の衝撃を十分に緩和することができる。そして、衝撃を受けない空間については、設計の自由度が向上する。なお、本実施形態ではＰＤＭ３の最前方の面３Ａも、インバータ１の最前方の面１Ａ、モータ２の最前方の面２Ａと同一の車両前後方向位置にしてあるので、ラジエータコア４の上面４ＣがＰＤＭ３の上面３Ｃより低ければ同様の効果が得られる。

　ところで、上記の説明は、図１に示すようにインバータ１とモータ２を車両上下方向に並べて配置した場合についてのものであるが、図４に示すようにインバータ１とモータ２を車幅方向に並べて配置した場合についても、後述する相違点を除き同様に適用できる。相違点は、締結の為のフランジ２０の突出方向が車両上下方向であること、及び冷却水配管取り付け部が車両上下方向の面に設けられていることである。

　図５Ａ－図５Ｈは、本実施形態に含まれる、インバータ１とモータ２の配置の例を示す図である。なお、図中の斜線を付した面が最前方の面である。

　図５Ａは、図１と同様の配置であって、インバータ１とモータ２を車両上下方向に並べて配置したものである。図５Ｇは、図４と同様の配置であって、インバータ１とモータ２を車幅方向に並べて配置したものである。

　この他に、図５Ｂ、図５Ｃに示すように、インバータ１の上面が傾斜していたり、図５Ｄのようにインバータ１の車両前後方向における前方側部分が凹凸形状になっていたりしても、インバータ１の最前方の面１Ａがモータ２の最前方の面２Ａと同一の車両前後方向位置であれば含まれる。

　また、図５Ｆのようにモータ２の下面が傾斜しているものや、図５Ｈのようにインバータ１の上面とモータ２の下面が傾斜しているものも含まれる。

　さらには、図５Ｅのようにインバータ１とモータ２が接触していなくても、インバータ１の最前方の面１Ａとモータ２の最前方の面２Ａが同一の車両方向前後位置にあれば含まれる。ただし、この場合は、インバータ１の最前面１Ａとモータ２の最前面２Ａが一つの広い面となることによる効果は得られない。

　図６Ａ－図６Ｃは、本実施形態に含まれる、インバータ１とモータ２の密着の形態の例を示す図である。なお、図中の斜線を付した面が密着する面である。

　図６Ａは図１と同様の形態である。この他に、図６Ｂに示すように、インバータ１の車両前後方向の後方側部分がＬ字型に曲がっておらず、インバータ１の下面１Ｂの全面とモータ２の上面２Ｂの全面が密着する形態も含まれる。ただし、この場合は高密度なレイアウトが可能になるという効果は小さくなる。また、図６Ｃに示すように、インバータ１の方がモータ２よりも小さく、インバータ１の下面１Ｂの全面がモータ２の上面２Ｂの一部と密着するものも含まれる。

　図６Ａ－図６Ｃに示したように、インバータ１及びモータ２の大きさによって種々の密着の形態をとり得るが、いずれの形態でも、インバータ１の最前方の面１Ａとモータ２の最前方の面２Ａとが、同一の車両前後方向位置となる。すなわち、インバータ１の最前方の面１Ａとモータ２の最前方の面２Ａとのずれが、インバータ１の最後方の面１Ｄとモータ２の最後方の面２Ｄとのずれよりも小さくなる。

　なお、上記の実施形態では、第１の強電ユニットをインバータ１、第２の強電ユニットをモータ２として説明したが、第１の強電ユニットをＰＤＭ３、第２の強電ユニットをインバータ１として、上述したインバータ１とモータ２の関係をＰＤＭ３とインバータ１の関係に適用してもよい。

　以上、本発明の実施形態について説明したが、上記実施形態は本発明の適用例の一部を示したに過ぎず、本発明の技術的範囲を上記実施形態の具体的構成に限定する趣旨ではない。

　本願は２０１２年９月１０日に日本国特許庁に出願された特願２０１２－１９８７５５に基づく優先権を主張し、この出願の全ての内容は参照により本明細書に組み込まれる。

Claims

　第１の強電ユニットと、
　前記第１の強電ユニットと車両上下方向または車幅方向に並べて配置される第２の強電ユニットと、
を備え、
　前記第１の強電ユニットの車両前後方向における最前方の面と、前記第２の強電ユニットの車両前後方向における最前方の面とが、同一の車両前後方向位置にある電動車両用強電ユニットの搭載構造。
　請求項１に記載の電動車両用強電ユニットの搭載構造において、
　前記第１の強電ユニットと前記第２の強電ユニットの互いに対向する面のうち、いずれか一方の面全体を他方の面に密着させて配置する電動車両用強電ユニットの搭載構造。
　請求項１または２に記載の電動車両用強電ユニットの搭載構造において、
　前記第１の強電ユニットと前記第２の強電ユニットのうち質量の重い方の強電ユニットの最前方の面の面積が、軽い方の強電ユニットの最前方の面の面積より大きい電動車両用強電ユニットの搭載構造。
　請求項１から３のいずれかに記載の電動車両用強電ユニットの搭載構造において、
　前記第１の強電ユニットの車両前後方向における後方側部分が前記第２の強電ユニットの車両前後方向における後方側部分の形状に沿うように折れ曲がっている電動車両用強電ユニットの搭載構造。
　請求項１から４のいずれかに記載の電動車両用強電ユニットの搭載構造において、
　前記第１の強電ユニットと前記第２の強電ユニットを締結する為のフランジ部が、車両前後方向に対して直交する方向に突出している電動車両用強電ユニットの搭載構造。
　請求項１から５のいずれかに記載の電動車両用強電ユニットの搭載構造において、
　少なくとも前記第１の強電ユニット及び前記第２の強電ユニットとラジエータコアとを冷却水が循環する水冷システムをさらに備え、
　前記第１の強電ユニット及び前記第２の強電ユニットの冷却水出入り口が、車幅方向の面、車両上下方向の面、または車両前後方向の後方側の面に設けられている電動車両用強電ユニットの搭載構造。
　請求項１から６のいずれかに記載の電動車両用強電ユニットの搭載構造において、
　前記第１の強電ユニットの車両前後方向における最前方の面の車両上下方向における上端、または前記第２の強電ユニットの車両前後方向における最前方の面の車両上下方向における上端のうち、車両上下方向位置の高い方が、前記第１の強電ユニット及び前記第２の強電ユニットに対して車両前後方向前方側に対向するように搭載されている被衝突物の上端よりも車両上下方向で高い位置にある電動車両用強電ユニットの搭載構造。
　請求項１から７のいずれかに記載の電動車両用強電ユニットの搭載構造において、
　前記第１の強電ユニットと車両上下方向または車幅方向に並べて配置される第３の強電ユニットをさらに備え、
　前記第１の強電ユニットの車両前後方向における最前方の面と、
　前記第２の強電ユニットの車両前後方向における最前方の面と、
　前記第３の強電ユニットの車両前後方向における最前方の面と、
が同一の車両前後方向位置にある電動車両用強電ユニットの搭載構造。
　請求項１から８のいずれかに記載の電動車両用強電ユニットの搭載構造において、
　前記第１の強電ユニットはインバータを、
　前記第２の強電ユニットは電動モータを、
　前記第３の強電ユニットはＤＣ／ＤＣコンバータ及び車載充電器を、それぞれ含んで構成されている電動車両用強電ユニットの搭載構造。
　第１の強電ユニットと、
　前記第１の強電ユニットと車両上下方向または車幅方向に並べて配置される第２の強電ユニットと、
を備え、
　前記第１の強電ユニットと前記第２の強電ユニットを締結する為のフランジ部が、車両前後方向に対して直交する方向に突出している電動車両用強電ユニットの搭載構造。
　第１の強電ユニットと、
　前記第１の強電ユニットと車両上下方向または車幅方向に並べて配置される第２の強電ユニットと、
を備え、
　前記第１の強電ユニットと前記第２の強電ユニットとの車両前面側における車両前後方向のずれが、車両後面側における車両前後方向のずれよりも小さい電動車両用強電ユニットの搭載構造。